应用5G设备模块设计成功的六大关键因素

在为您的 5G 设备应用选择模块时，需要考虑以下六个关键因素，包括预认证。

根据 Omdia 和 TeleGeography 的数据，到 2021 年底，全球 5G 连接数和 220 个商业网络有望超过 5.4 亿个。这些数字对于工程师、系统设计师和其他负责将蜂窝连接添加到他们的设备和工作流程的人意味着什么?

一个要点是数量驱动的好处。设备和网络越多，5G 降低成本曲线的速度就越快。这使得 5G 对于物联网和消费电子产品等价格敏感的应用越来越可行。

这种趋势似乎是开始使用 5G 而不是 4G 的明确信号。在很大程度上，这是真的。但情况并没有那么明确。这就是为什么——以及在决定是否、何时以及如何开始使用 5G 时需要考虑的六个关键事项。

浏览频谱选项

频谱选择直接影响您产品的性能、可靠性、电池寿命、运营商选择、目标市场和成本。5G 设计为在 63 个频段中运行，远远超过任何上一代。这些频段的范围也从 600 MHz 到 48 GHz，其中许多频段远远超出了传统的蜂窝频段。这意味着即使您有将蜂窝调制解调器集成到设备中的经验，5G 仍然伴随着陡峭的学习曲线。

例如，每个频段都有自己的信号传播特性和带宽能力。毫米波 (mmWave) 频谱 — 24 GHz 及更高 — 支持数千兆位速度，非常适合带宽密集型应用，例如 4K 视频监控摄像头回程或将 8K 视频流式传输到街边数字标牌。

需要注意的是，移动运营商通常仅在某些区域部署毫米波基站，例如市中心、商场、商业园区和体育场。这是因为频率越高，信号范围越短，这意味着运营商必须部署更多站点来覆盖给定区域。路灯杆上的毫米波基站可能只有几百米的覆盖范围。只有人口稠密的地区才有足够大的潜在客户群，让运营商能够收回所有这些额外站点的资本支出和运营支出。

如果应用程序在小城镇和州际高速公路等其他地方需要千兆速度怎么办?然后它的 5G 模块必须支持其他较低频率的频段，以确保连接始终可用。这也可能需要载波聚合 (CA)，其中组合多个频率的多个信号以实现目标带宽。

另一个因素是物理障碍。在更高的频率下，墙壁、窗户甚至树叶都会将信号衰减到带宽骤降的程度——或者连接完全丢失。这就是为什么重要的是要考虑设备将在哪里使用：在室内?户外?两个都?同样的问题也适用于 5G 基站。例如，如果设备用于室内，例如工厂自动化，如果基站也在室内，而不是试图通过外墙发送信号，吞吐量将更加一致，连接将更加可靠。

谁拥有 5G 网络?

工厂自动化场景突出了另一个关键考虑因素：谁拥有您的设备将使用的 5G 网络?如果产品针对的是商业市场，它可以是专用网络，可以采用以下三种形式之一：

· 企业拥有核心和无线接入网络 (RAN)，就像移动运营商一样。

· 该企业使用移动运营商公共 5G 网络的虚拟私有切片。

· 一种混合组合，企业拥有本地网络，但也使用公共 5G 网络的私有切片进行广域覆盖。

移动运营商可以使用比私人运营商更多的频段。例如，在美国，专用网络可能使用CBRS 频谱(3.55 至 3.7 GHz)，也称为频段 48。因此，如果设备的目标市场是拥有 5G 网络的美国企业，那么其模块和天线必须支持 CBRS。

如果一些目标客户使用公共网络的虚拟切片或混合组合，那么另一个考虑因素是 5G 可用性。尽管截至 2021 年底，大约有 220 个 5G 网络投入商业服务，但要与 4G 目前拥有的近 700 个网络相匹配还需要几年的时间。事实上，TeleGeography 估计，到 2023 年底，5G 仍然不到一半，全球约有 329 个网络。

因此，该模块将需要支持 4G，以便在尚未提供 5G 独立网络(公共或私有)的地区使用。这种称为“双连接”或 EN-DC 的功能增加了模块的复杂性，这也带来了与监管批准和移动运营商认证相关的额外挑战和成本。

预认证可减少开发时间和成本

即使模块不需要 4G 支持，认证也是一个关键考虑因素，因为它们会影响将 5G 产品推向市场的成本和交货时间。为了最大限度地减少这两种情况，请寻找由主要移动运营商和监管机构预先认证的 5G 模块，例如联邦通信委员会 (FCC)、PCS 类型认证审查委员会 (PTCRB)、无线电设备指令 (RED)、全球认证论坛 (GCF)、日本无线电法 (JRL)、日本电信商业法 (JTBL) 和韩国通信委员会 (KCC)。

运营商和监管机构的认证也会影响 5G 设备的潜在市场和收入潜力。拥有的越多，可以销售的国家和地区就越多。这种灵活性对跨国企业客户也特别有吸引力。

功耗：更少意味着更多

许多 5G 应用将涉及电池供电的设备，例如医疗可穿戴设备和工业传感器。在这些情况下，功耗是一个主要考虑因素，特别是如果应用程序是关键任务，或者如果设备预计在该领域中保持十年不变。

5G 标准包括旨在最大限度延长电池寿命的功能。例如，5G 可以比前几代更快地传输数据，因此设备花费更少的时间——因此更少的能量——发送和接收。多输入多输出 (MIMO) 天线技术还增加了信号强度，这有助于最大限度地减少数据包丢失，从而减少重传的需要。

但是还有许多额外的考虑因素可以进一步延长电池寿命。其中一些取决于其他选择，例如频谱。例如，如果 5G 设备将使用毫米波频谱，则该模块应与低功率天线配对。

检查速度规格

5G是速度的代名词。例如，3GPP 5G 标准包括增强型移动宽带 (eMBB) 功能集，支持 10 Gbits/s 的峰值下行链路速度。令人印象深刻的是，对于许多 5G 应用，例如监控摄像头回程和企业办公室的 SD-WAN，模块的上行链路功能将同样重要或更重要。

另一个与速度相关的细微差别涉及 CA 和 EN-DC 的聚合。仔细检查模块的 EN-DC 和 CA 组合，以确保它们不会在实际部署中产生性能限制。例如，由于缺少 EN-DC 组合，有时 5G 性能在某些领域甚至可能低于 4G。

最大化 5G 模块的价值和使用寿命

精心设计的 5G 模块还可以降低设备的物料清单 (BOM) 成本，从而有可能提高盈利能力。较低的 BOM 成本还可以使该设备开拓更大的市场，包括对价格敏感的物联网应用，例如智能电表。

例如，具有强大处理能力的模块也可以运行用户空间应用程序，无需单独的硬件。这也可能是利用嵌入式应用程序开发环境的机会，例如可以由 Linux 客户端应用程序调用的一组功能。

最后，考虑设备的物理环境。例如，如果它会受到较大的温度波动和振动(例如车队远程信息处理模块)的影响，请选择工业级模块。寻找 –40˚C 至 85˚C 的温度范围，以及有效散热的热设计。避免使用为消费级设备设计的模块，例如笔记本电脑、平板电脑和移动热点。